유해물질 있으면 0.1초만에 색이 변한다

지스트-부산대 공동연구팀, 1억분의 1 수준의 농도까지 감지

국내 연구진이 0.1초만에 유해물질을 감지할 수 있는 감지센서를 개발했다. 이 센서는 별도의 전력 없이도 작동하고 유해물질이 있으면 색이 변해 육안으로도 쉽게 판별할 수 있다.

광주과학기술원(GIST)는 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수와 부산대학교 오진우 교수 공동 연구팀이 초고속 유해물질 감지를 위한 바이러스 기반 컬러센서를 개발했다고 27일 밝혔다.

연구팀은 복잡한 구조 없이 매우 얇은 바이러스 층(60nm)에서도 뚜렷한 색을 구현할 수 있도록 공진 증폭 기판을 설계해 센서 플랫폼으로 적용했다. 여기에 쓰인 바이러스는 'M13 박테리오파지 바이러스'다.

M13 박테리오파지 바이러스는 미국 식품의약국(FDA)으로부터 승인을 받은 인체에 무해한 바이러스다. 유해물질의 침투에 의해 팽창하고 나노구조체 사이의 간격이 넓어지는 특징을 가지며 표면 단백질에 다양한 화학 작용기를 나타내는 것이 가능하다.

또 발색 구조의 공진 조건 디자인을 통해 평소에는 보이지 않는 센서를 제작, 특정 환경에서만 패턴을 드러나게 해 육안으로 관찰이 가능하게 했다. 이렇게 만들어진 센서는 기존의 복잡한 구조를 사용했던 것에 비해 2.5배가량 빠른 반응속도를 보였다.

특히, 바이러스 표면의 유전자 변형을 통해 다양한 휘발성 유기화합물 및 환경호르몬과 같은 각종 유해물질에 따른 바이러스의 반응성을 조절했으며, 비슷한 형태를 가진 유해물질을 수십 ppb(10억분의 1수준 농도)의 매우 낮은 농도에서 구분하는 것에 성공했다.

송영민 교수는 "휴대용 스마트기기와 연동해 실생활에서도 손쉽게 활용이 가능하며, 작동을 위한 별도의 에너지가 필요하지 않아 차세대 유해환경 감지 센서로 기대된다"고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'에 21일 온라인으로 게재됐다.

한편 송영민 교수는 코로나19 등 신종 바이러스에 적극 대응하기 위해 설립 된 지스트 항바이러스 연구센터의 참여 교원으로서, 진단 분야에서 웨어러블 생체신호 진단 및 유해물질 감지 연구를 수행하고 있다.

#단백질 #유해물질 #바이러스 #환경호르몬 #컬러센서 #박테리오파지